Komponenter

Navigeringshjälp

Den här navigeringshjälpen visar de första stegen för att använda presentationen. Du kan hoppa över den med ⟶ (högerpil).

Navigering

Du kan bläddra mellan bilder och avsnitt med piltangenterna på datorn.

Pil ned och upp: nästa / föregående bild
Pil höger och vänster: nästa / föregående avsnitt
Blanksteg eller ”n”: visa elementen på bilden ett i taget eller gå till nästa bild
Skift-blanksteg eller ”p”: dölj elementen baklänges eller gå till föregående bild

Fler funktioner

Med några kortkommandon kommer du åt fler funktioner. De viktigaste är:

F1: Help / hjälp
o: Overview / översikt över alla bilder
s: Speaker View / talarvy
f: Full Screen / helskärmsläge
b: Break, Black, Pause / dölj presentationen
Alt-klick: Zooma in på eller ut från bilden

Översikt

Presentationen är tvådimensionell: kolumnerna är kapitlets avsnitt och raderna är bilderna i respektive avsnitt.

Skriver du ett ”o” får du en översikt över alla bilder i presentationen. Det hjälper dig att få en överblick eller hitta tillbaka om du känner att du ”gått vilse”. Navigera med piltangenterna.

Klicka på en bild för att visa den.

Talarvy

Skriver du ett ”s” öppnas ett nytt fönster, talarvyn.

Under ”Layout” kan du välja mellan olika placeringar av elementen.

Talarvyn innehåller följande:

Till vänster syns den aktuella bilden
Uppe till höger syns nästa bild
I mitten till höger finns hjälpmedel för tidsplaneringen
Nere till höger finns ”anteckningar för talaren”
Längst ned finns navigeringspilarna

Praktiska tips för talarvyn

Om du använder en projektor ställer du in operativsystemet på två skärmar: talarvyn visas då till exempel på laptopen medan deltagarna ser presentationen.
Vid en onlinepresentation delar du webbläsarfliken och navigerar i fönstret ”Speaker View”.
Talarvyn gäller alltid ett kapitel. I slutet av kapitlet måste den stängas för att kunna öppna en ny talarvy i nästa kapitel.
För att markera något med muspekaren eller använda zoom måste du byta till det fönster där presentationen visas.

Helskärm

Skriver du ett ”f” visas den aktuella bilden i helskärm. Med ”Esc” lämnar du helskärmsläget.

Det är särskilt praktiskt för skärmen som visar presentationen för publiken.

Dölj

Skriver du ett ”b” döljs presentationen.

Du visar den igen på något av följande sätt:

Klicka i fönstret.
Tryck på ”b” igen.
Klicka på knappen ”Resume presentation”.

Zoom

Håller du ned Alt-tangenten och klickar i presentationen zoomas den delen in. Det är praktiskt för att lyfta fram detaljer i kopplingar. Ett nytt klick tillsammans med Alt zoomar ut igen.

Zoomen fungerar bara i det valda fönstret. Talarvyn är inte synkroniserad med presentationsvyn när det gäller zoom.

Kondensatorn

Kapacitans

Kondensatorns viktigaste egenskap: lagra laddning
$\rightarrow$ Kapacitans

$$C = \dfrac{Q}{U}$$

med $Q$ som elektrisk laddning
Enhet: $\unit{\ampere\second\per\volt}$ resp. farad $\unit{\farad}$
Kapacitansen är den elektriska laddningen per volt

Kapacitans genom konstruktionen

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Schematisk 3D-bild av ett rätblocksformat block med blå mittrand ”Dielektrikum” (dielektrikum) mellan två grå skikt ”Elektrode” (elektrod), till vänster och höger en vågrät anslutningslinje vardera med en liten öppen cirkel.

Detaljerad beskrivning: I bildens mitt står en rätblocksformad kropp i perspektivvy. På framsidan syns en lodrät blå mittrand som flankeras på båda sidor av mörkgrå ränder; blockets övriga synliga ytterytor är ljusgrå. Upptill pekar en pil märkt ”Dielektrikum” på den blå randen; två ytterligare pilar märkta ”Elektrode” pekar på de två grå skikten. Ur blockets vänstra och högra sidoyta leder en tunn vågrät linje utåt; vid de yttre ändarna på dessa linjer sitter en liten öppen cirkel. Bakgrunden är vit; det finns inga axlar, skalor eller andra etiketter. — Figur UPPGRADERINGS-5.1.1: Kondensatorns principiella uppbyggnad

Kapacitansen bestäms av konstruktionen

$$C = \dfrac{\varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot A}{d}$$

$\rightarrow$ Kapacitansen är större vid större yta, litet avstånd eller annat dielektrikum

$\varepsilon_0 = \qty{0,855e-11}{\ampere\second\per\volt\meter}$: elektrisk fältkonstant
$\varepsilon_r$: relativ permittivitet, beror på dielektrikumet (enhetslös)
$A$: kondensatorplattornas yta
$d$: plattornas avstånd

Vridkondensator

En platta är fast, den andra kan vridas
Kondensatorn verkar bara där plattorna överlappar
Ytan ändras genom vridning $\rightarrow$ kapacitansen ändras

Elektrolytkondensator

Särskild konstruktion
Möjliggör stor kapacitans
Bara för likspänning
Polariteten måste beaktas

Laddningskurva

En tom kondensator ansluts till likspänning
Spänningen stiger brant och planar sedan ut mot den pålagda spänningen

1) Kort beskrivning: Diagram med en horisontell axel ”t” och en vertikal axel ”U”. En kurva börjar i origo nere till vänster, går först brant uppåt och närmar sig sedan gradvis ett konstant värde.

2) Utförlig beskrivning: Ett koordinatsystem har en horisontell axel med beteckningen ”t” och en vertikal axel med beteckningen ”U”. En kurva börjar i origo nere till vänster, går först brant uppåt och närmar sig sedan gradvis ett konstant värde. Inga ytterligare beteckningar eller mått finns. — Figur UPPGRADERINGS-5.1.4: Laddningskurva för en kondensator

Kondensator i växelström

I en likströmskrets laddas kondensatorn upp men verkar sedan som ett oändligt stort motstånd
Vid växelström laddas och urladdas kondensatorn hela tiden
Ju högre frekvens, desto lägre är kondensatorns växelströmsmotstånd

Fasvinkel och fasförskjutning

Sinusformad växelspänning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Grafiken visar till vänster en cirkel med flera färgade pilar och till höger en grå sinuskurva U(t) med tidsaxel samt därunder skalor för vridningsvinkeln φ i grader och i radianer.

Detaljer: Till vänster finns en tunt ritad grå cirkel med en svart medelpunkt. Från medelpunkten utgår färgade pilar: en gul pil ”A” pekar snett uppåt höger, en grön pil ”B” pekar uppåt, en cyanfärgad pil ”D” nedåt och en orange pil ”C” åt vänster; bokstäverna ”A”, ”B”, ”C”, ”D” står i matchande färg bredvid pilspetsarna. Från cirkelns övre och undre läge, där de utgår, löper punktade vågräta linjer (grön upptill, cyan nedtill) åt höger; en orange punktad linje löper på mitten vågrätt åt höger. Till höger om den börjar ett koordinatsystem med lodrät axel ”U” (pil uppåt) vid t = 0 och en vågrät tidsaxel ”t” (märkt ”Zeit” (tid), pil åt höger). På tidsaxeln finns markeringar med etiketterna 0, T/4, T/2, 3T/4, T, 5T/4. En grå sinuskurva startar vid t = 0 vid U = 0, stiger till det positiva maximumet nära T/4, faller genom 0 vid T/2 till det negativa minimumet nära 3T/4 och återvänder vid T till 0; till höger antyder en pil fortsättningen. Under tidsaxeln finns två ytterligare vågräta skalor med pilar åt höger: ”Drehwinkel φ” (vridningsvinkel φ) med indelningar och etiketterna 0°, 90°, 180°, 270°, 360°, 450°, samt därunder ”Bogenmaß φ” (radianer φ) med 0, π/2, π, 3π/2, 2π, 5π/2. — Figur UPPGRADERINGS-5.2.1: Fasvinkel i grader och radianer eller angiven som periodtid

Alstras av en roterande spole i ett magnetfält
För ett varv krävs en viss tid
Vid varje tidpunkt står spolen i en bestämd vinkel $\rightarrow$ fasvinkel

Fasförskjutning

1) Kort beskrivning: Diagram med en horisontell axel ”t” (”0”, därefter åtta omärkta markeringar åt höger) och en vertikal axel ”U” (inga markeringar); två sinuskurvor med samma amplitud kring nollinjen; sinuskurva ”a” börjar ovanför nollinjen med maximum vid den första markeringen och minimum vid den femte markeringen; sinuskurva ”b” börjar i origo med maximum vid den andra markeringen och minimum vid den sjätte markeringen.

2) Utförlig beskrivning: Bilden visar ett koordinatsystem med en horisontell axel ”t”, som börjar vid ”0” och har åtta omärkta markeringar åt höger, och en vertikal axel ”U” utan markeringar. Två sinuskurvor löper kring nollinjen. Sinuskurva ”a” har sitt första maximum vid den första markeringen och sitt minimum vid den femte markeringen. Sinuskurva ”b” börjar i origo och har sitt maximum vid den andra markeringen och sitt minimum vid den sjätte markeringen. Den har alltså en fasskillnad på en markering i förhållande till den första sinuskurvan. — Figur UPPGRADERINGS-5.2.2: Fasförskjutning mellan två sinussignaler

Fasförskjutning beskriver tidsförskjutningen mellan två periodiska signaler med samma frekvens
Anges oftast i grader (°) eller radianer
En fasförskjutning mellan ström och spänning kan uppstå t. ex. i komponenter som kondensatorer eller spolar

Kondensatorn vid växelström

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

1. Sammanfattning: Ett analogt oscilloskop visar två fasförskjutna sinuskurvor på blått raster; bredvid syns många vridknappar och knappar på frontpanelen.

2. Detaljer: Instrumentet syns framifrån, till vänster den rektangulära katodstråleskärmen med fint, ljusblått rutnät. På skärmen går två ljusblå sinuskurvor; den övre är märkt ”I” och ligger tidsmässigt före den undre, som är märkt ”U”. En horisontell referenslinje med pil åt höger är betecknad ”t”. Vid skärmens nedre kant står texten ”I eilt U um 90 Grad voraus!”. Till höger om skärmen finns manöverenheten med en brytare ”POWER on/off”, vridknapparna ”X-POS.” och ”Y-POS. I”, knappfält och ett område ”CH. I”. Nere till höger syns ett ingångsuttag märkt ”INPUT 1 MΩ 25 pF”, nere till vänster flera reglage som ”INTEN”, ”FOCUS”, ”MAG.”, ”CAL 0.2V” samt ett fält ”COMPONENT TESTER”. Höljet är ljusgrått, reglagen är övervägande i grå och gröna toner. — Figur UPPGRADERINGS-5.3.1: Fasförskjutning mellan spänning och ström hos en kondensator

Fasförskjutning på $\qty{90}{\degree}$
Strömmen ligger före spänningen

Verkeffekt

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Diagram med tre sinusformade kurvor över tiden t; en blå, en orange och en grön kurva, till vilka en förklaring uppe till höger med etiketterna ”P”, ”I” och ”U” hör; den gröna kurvan är dessutom halvtransparent skuggad.

Detaljerad beskrivning: Ett kartesiskt koordinatsystem visar en vågrät axel med pil åt höger och etiketten ”t” samt en lodrät axel med pil uppåt; det finns korta, omärkta skalstreck men inga siffervärden. Uppe till höger står en förklaring: ett kort grönt linjedrag med ”P”, ett orange linjedrag med ”I” och ett blått linjedrag med ”U”. Tre släta sinuskurvor löper över bredden: Den blå kurvan har störst amplitud och längst våglängd; den startar till vänster nära noll och stiger. Den orangea kurvan har något mindre amplitud och liknande våglängd som den blå, men är fasförskjuten; till vänster ligger den över nollinjen och faller medan den blå stiger. Den gröna kurvan har minst amplitud och kortare våglängd (den svänger oftare än den blå och orangea kurvan); ytan mellan den gröna kurvan och den vågräta nollinjen är halvtransparent grönskuggad, både ovanför och under nollinjen, i enlighet med kurvans tecken. — Figur UPPGRADERINGS-5.3.2: Produkten $U \cdot I$ ger den gröna effektkurvan

Den gröna effektkurvan är produkten av ström och spänning
Effekten pendlar symmetriskt kring nollinjen och jämnar ut sig
Reaktiv effekt i en reaktans

Verkeffekt omsätts bara i ett ohmskt motstånd (ström och spänning i fas)
En reaktans tar inte upp verkenergi
Blir därför inte varm
En varm kondensator vid högfrekvens har en ohmsk del och bör bytas

Kapacitiv reaktans $X_{\textrm{C}}$

En kondensator ansluten till växelspänning laddas och urladdas hela tiden $\rightarrow$ växelströmsmotstånd / kapacitiv reaktans

Om frekvensen på växelspänningen över en kondensator ökas flyter mer ström; det betyder att den kapacitiva reaktansen har blivit mindre.

Om kondensatorns kapacitans ökas stiger också strömmen, dvs. reaktansen blir också mindre.

$$X_{\textrm{C}} = \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}$$

Räkneexempel

givet: $C = \qty{10}{\pico\farad}$
givet: $f = \qty{100}{\mega\hertz}$
sökt: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot \qty{100}{\mega\hertz} \cdot \qty{10}{\pico\farad}}\\ &\approx \qty{159}{\ohm} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $C = \qty{50}{\pico\farad}$
givet: $f = \qty{145}{\mega\hertz}$
sökt: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot \qty{145}{\mega\hertz} \cdot \qty{50}{\pico\farad}}\\ &\approx \qty{22}{\ohm} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $C = \qty{100}{\pico\farad}$
givet: $f = \qty{435}{\mega\hertz}$
sökt: $X_{\textrm{C}}$

$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot \qty{435}{\mega\hertz} \cdot \qty{100}{\pico\farad}}\\ &\approx \qty{3,7}{\ohm} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $U = \qty{16}{\volt}$
givet: $I = \qty{32}{\milli\ampere}$

givet: $f = \qty{50}{\hertz}$
sökt: $C$

$$X_{\textrm{C}} = \frac{U}{I} = \frac{\qty{16}{\volt}}{\qty{32}{\milli\ampere}} = \qty{500}{\ohm}$$

$$\begin{split} X_{\textrm{C}} &= \frac{1}{\omega \cdot C} \\ \Rightarrow C &= \frac{1}{\omega \cdot X_{\textrm{C}}} = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot X_{\textrm{C}}}\\ &= \frac{1}{2\pi \cdot \qty{50}{\hertz} \cdot \qty{500}{\ohm}}\\ &\approx \qty{6,37}{\micro\farad}\end{split}$$

Kondensatorförluster

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

1) Kortfattat: Schematisk teckning av en verklig kondensator med parallellkopplad isolationsresistans samt seriekopplat motstånd och en induktans, åtföljd av förklarande text.

2) Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund står överst stort ”Ersatzschaltbild eines realen Kondensators!”. Till höger bredvid/under står inom parentes ”(Equivalent Series Resistance)”, där ”ESR” är färgmarkerat och understruket med vågig linje. Till vänster visar ett kopplingsschema två anslutningsklämmor med en kondensatorsymbol ”C”, parallellt med den ett motstånd märkt ”Risol”; den delen är markerad med en röd cirkel. Till höger om det är ett motstånd ”RESR” och en spole ”LESL” seriekopplade; den delen är markerad med en blå cirkel. Nere till höger syns röd text: ”Ideal: tan δ = 0 bei ESR = 0 Ω!”. Alla kopplingslinjer och komponentsymboler är svarta. — Figur UPPGRADERINGS-5.3.3: Ersättningsschema för en verklig kondensator med en seriell förlustresistans (ESR).

Förlustfaktor
$\tan(\delta) = \frac{R}{X_C}$
Förluster i dielektrikum och tillledningar

Spolen

Induktans

Varje strömförande ledare har en induktans
Runt en strömförande ledare uppstår ett magnetfält
I en ledare uppstår en ström när den rör sig genom ett magnetfält

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
En svart pil löper diagonalt från nere till vänster till uppe till höger. Kring pilen finns gröna ovala linjer som omsluter den koncentriskt. På linjerna finns små gröna pilar som anger riktningen. Bredvid den svarta pilen står bokstaven — Figur UPPGRADERINGS-5.4.1: Magnetfält runt en strömförande ledare

Spole och induktans

En spole optimerar en ledares induktans
Spolens viktigaste egenskap: lagra energi

$$L = \dfrac{N\cdot \Phi}{I}$$

med $N$ antal varv och $\Phi$ som magnetiskt flöde
Enhet: $\unit{\volt\second\per\ampere}$ resp. henry $\unit{\henry}$
Induktansen är det magnetiska flödet per ampere

Induktans genom konstruktionen

Induktansen hos en ringspole bestäms av konstruktionen

$$L = \dfrac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot N^2 \cdot A_S}{l}$$

$\rightarrow$ Induktansen är större vid större tvärsnitt, annan kärna eller kortare längd
$\rightarrow$ Induktansen är mycket större vid högre varvtal

$\mu_0 = \qty{1,2566e-6}{\henry\per\meter}$: magnetisk fältkonstant
$\mu_r$: relativ permeabilitet, beror på spolkärnan (luft $\approx 1$)
$N$: antal varv
$A_S$: spolens tvärsnittsarea
$l$: spolens längd resp. medellängd på fältlinjerna

Strömflöde genom en spole

Strömmen tar längre tid genom spolen
Först lyser lampa$_1$
Senare lyser lampa$_2$

1) Kort beskrivning: Seriekopplat kopplingsschema med rektangulär ledningsdragning, spänningskälla till vänster, en strömbrytare i den övre vågräta ledaren, i den mellersta lodräta ledaren en inställbar resistor och en lampa, och parallellt med den i en lodrät ledare till höger en spole och en andra lampa. Båda lamporna är i den nedre, vågräta delen förbundna med spänningskällan.

2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschemat visar en rektangulär krets av raka ledare. På den vänstra, lodräta sidan är en spänningskälla inritad som en cellsymbol med en längre parallell linje upptill och en kortare linje nedtill. På mitten av den övre vågräta ledaren finns en öppen strömbrytare, från vilken en lodrät ledare grenar av nedåt. I den ledaren sitter överst en inställbar resistor (rektangel med diagonal pil och tvärstreck i pilens ände) och under den en lampsymbol med korsformad glödtråd, bredvid märkt ”Lampe_1”. Parallellt med den lodräta ledaren löper en andra lodrät ledare, i vilken överst sitter en lodrät spole med järnkärna (flera halvrunda varv och ett lodrätt streck längs halvbågarna), under den en andra lampsymbol med korsformad glödtråd, bredvid märkt ”Lampe_2”. Båda lamporna är förbundna med spänningskällan via den nedre vågräta ledaren. Det finns inga värden. — Figur UPPGRADERINGS-5.4.2: Krets med spole

Tillslagskurva spole

En spole ansluts till likspänning
Spänningen sjunker brant och närmar sig med tiden 0

1) Kort beskrivning: Diagram med en horisontell axel ”t” och en vertikal axel ”U”. En kurva börjar uppe till vänster, går först brant nedåt och närmar sig sedan gradvis ”t”-axeln.

2) Utförlig beskrivning: Ett koordinatsystem har en horisontell axel med beteckningen ”t” och en vertikal axel med beteckningen ”U”. En kurva börjar uppe till vänster, går först brant nedåt och närmar sig sedan gradvis ”t”-axeln. Inga ytterligare beteckningar eller mått finns. — Figur UPPGRADERINGS-5.4.3: Tidsförlopp för en likspänning över en spole

Spole i växelström

I en likströmskrets verkar en spole först som ett oändligt stort motstånd, men blir efter tillslagsförloppet lika stor som ledarens resistans
Vid växelström ompolas magnetfältet i spolen hela tiden
Därigenom uppstår en självinduktionsspänning som är motriktad och stör
Ju högre frekvens, desto högre är spolens växelströmsmotstånd

Spolen vid växelström och impedans

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

1) Kort sammanfattning:
Ett analogt oscilloskop visar på ett blått rutnät två fasförskjutna sinuskurvor med beteckningarna ”U” och ”I”; bredvid syns olika reglage och en BNC-ingång.

2) Detaljerad beskrivning:
Instrumentet är beige/grått, till vänster den rektangulära bildröret med blått raster. På skärmen går två ljusa, cyanfärgade sinuskurvor med lika amplitud; över kurvorna står bokstäverna ”U” (vänster) och ”I” (höger). En svart horisontell linje med pil åt höger är märkt ”t”. Under skärmen står med liten text ”U eilt I um 90 Grad voraus!”. Till höger om skärmen finns ett manöverfält med vridknappar, omkopplare och tryckknappar; väl läsbara är bland annat ”Y-POS. I”, ”CH.1” med en vippomkopplare ”AC / GD / DC” samt längst ned ett anslutningsfält ”INPUT 1 MΩ 25 pF” med BNC-uttag. Under skärmen finns fler reglage med texter som ”FOCUS”, ”INTEN”, ”CAL 0.2V / 2V” och ett område ”COMPONENT TESTER”. Framsidan har flera skalringar, vippomkopplare och färgade knappar; helheten tyder på ett klassiskt, analogt mätinstrument. — Figur UPPGRADERINGS-5.5.1: Fasförskjutning mellan spänning och ström hos en spole

Fasförskjutning på $\qty{90}{\degree}$
Spänningen ligger före strömmen

Verkeffekt

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Kort sammanfattning: Tre sinusformade kurvor med förklaringarna U (blå), I (orange) och P (grön) visas över tidsaxeln t; ytan mellan den gröna kurvan och nollinjen är växelvis skuggad ovanför och nedanför.

2) Detaljerad beskrivning: Ett kartesiskt koordinatsystem med lodrät axel (pil uppåt) och vågrät axel (pil åt höger) visar på mitten en genomgående vågrät nollinje; till höger om den vågräta axelns pil står kursivt t. I bildens övre högra del finns en förklaring: ett grönt linjestreck med etiketten P, ett orange med I och ett blått med U (alla kursiva). Över hela bredden löper tre släta sinuskurvor: Den blå kurvan U har störst amplitud och längst våglängd (ungefär en och en halv period i bilden), den orangea kurvan I har mindre amplitud och är fasförskjuten i förhållande till U, och den gröna kurvan P har minst amplitud och ungefär dubbla frekvensen jämfört med den blå (den visar ungefär tre perioder i bilden). Den gröna kurvan skär nollinjen flera gånger; ytan mellan den gröna kurvan och nollinjen är halvtransparent grönfylld, både ovanför och under nollinjen, vilket ger växlande, linsformade skuggningar. — Figur UPPGRADERINGS-5.5.2: Produkten $U \cdot I$ ger den gröna effektkurvan

Den gröna effektkurvan är produkten av ström och spänning
Effekten pendlar symmetriskt kring nollinjen och jämnar ut sig
Reaktiv effekt i en reaktans

En reaktans tar inte upp verkenergi
En ideal spole blir inte varm
En spole består dock av tråd och har därför ohmska förluster
Dessutom verkar skin-effekten

Induktiv reaktans $X_{\textrm{L}}$

En spole ansluten till växelspänning vänder hela tiden magnetfältet $\rightarrow$ växelströmsmotstånd / induktiv reaktans

Om frekvensen på växelspänningen över en spole ökas flyter mindre ström; det betyder att den induktiva reaktansen har blivit större.
Om spolens induktans ökas minskar också strömmen, dvs. reaktansen blir också större.

$$|X_{\textrm{L}}| = \omega \cdot L = 2\pi \cdot f \cdot L$$

Räkneexempel

givet: $L = \qty{3}{\micro\henry}$
givet: $f = \qty{100}{\mega\hertz}$
sökt: $X_{\textrm{L}}$

$$\begin{split} |X_{\textrm{L}}| &= \omega \cdot L = 2\pi \cdot f \cdot L\\ &= 2\pi \cdot \qty{100}{\mega\hertz} \cdot \qty{3}{\micro\henry}\\ &\approx \qty{1885}{\ohm} \end{split}$$

Höjning av induktansen

Cylinderspole

$$L = \dfrac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot N^2 \cdot A_S}{l}$$

Öka varvtalet $N$
Förkorta spollängden $l$
Öka spolens tvärsnittsarea $A_S$

Ringkärnespole

$$L = N^2 \cdot A_{\textrm{L}}$$

Öka varvtalet $N$
Använd ett mer magnetiskt ledande kärnmaterial (med större induktanskonstant $A_{\textrm{L}}$)

Räkneexempel

givet: $N = 14$
givet: $A_{\textrm{L}} = \qty{1,5}{\nano\henry}$
sökt: $L$

$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 14^2 \cdot \qty{1,5}{\nano\henry}\\ &= \qty{0,294}{\micro\henry} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $N = 300$
givet: $A_{\textrm{L}} = \qty{1250}{\nano\henry}$
sökt: $L$

$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ &= 300^2 \cdot \qty{1250}{\nano\henry}\\ &= \qty{112,5}{\milli\henry} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $L = \qty{2}{\milli\henry}$
givet: $A_{\textrm{L}} = \qty{250}{\nano\henry}$
sökt: $N$

$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{\qty{2}{\milli\henry}}{\qty{250}{\nano\henry}}} \\ &= 89\,\text{varv} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $L = \qty{12}{\micro\henry}$
givet: $A_{\textrm{L}} = \qty{30}{\nano\henry}$
sökt: $N$

$$\begin{split} L &= N^2 \cdot A_{\textrm{L}}\\ N &= \sqrt{\frac{L}{A_{\textrm{L}}}} = \sqrt{\frac{\qty{12}{\micro\henry}}{\qty{30}{\nano\henry}}} \\ &= 20\,\text{varv} \end{split}$$

Spolförluster

Förlustfaktor $\tan(\delta) = \frac{R}{X_L}$
Förluster i ledaren

Impedans

Seriekoppling av reaktans och resistans $\rightarrow$ impedans $Z$
Uppträder bara vid växelspänning
Kan inte mätas med en ohmmätare
Inom radiotekniken $\rightarrow$ impedans
Antennimpedans, ingångs- och utgångsimpedans, impedansomvandlare, …
Impedans $Z$ i $\unit{\ohm}$

TODO — Figur UPPGRADERINGS-5.5.3: Impedans $Z$ som geometrisk addition av $R$ och $X$

$$Z = \sqrt{R^2 + X^2}$$

Resistans $R$
Reaktans $X_{\textrm{L}}$
Impedansen beräknas med Pythagoras sats

Avskärmning av magnetfält

För avskärmning: ett hölje av ett välledande material.
Exempel: avskärmningshylsa av stål eller järn.
Justerbar ferritkärna för att ändra induktansen.

Transformatorn

Två spolar magnetiskt kopplade på en gemensam kärna
Energi överförs via kopplingen
Spänningar och strömmar kan ändras
Transformator, kort trafo

1) Kort beskrivning: Kopplingsschema för en transformator med två anslutningar till vänster, märkta ”230 V” och en vågformad linje, och två anslutningar till höger, märkta ”a” och ”b”.

2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschema för en transformator bestående av två vertikala spolar, den vänstra med halvbågar riktade åt höger och den högra med halvbågar riktade åt vänster, med två vertikala linjer emellan. Spolarna har en anslutning i vardera änden. Den vänstra spolens anslutningar är märkta ”230 V” och en vågformad linje, den högra spolens anslutningar ”a” och ”b”. — Figur UPPGRADERINGS-5.6.1: Principskiss av en transformator

Omsättningsförhållande

Spänningarna på transformatorns anslutningar förhåller sig som antalet varv

$$ü = \dfrac{N_P}{N_S} = \dfrac{U_P}{U_S}$$

$N_P$: varv på primärsidan
$N_S$: varv på sekundärsidan
$U_P$: spänning på primärsidan
$U_S$: spänning på sekundärsidan

Transformatorn: ström, strömtäthet och impedansanpassning

Transformatorprincipen

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

Kort beskrivning: En transformator med två lindningar och anslutningslister på sidorna, fotograferad uppifrån mot vit bakgrund.

Detaljerad beskrivning: Komponenten består av en rektangulär plåtkärna med två spolkroppar bredvid varandra, omlindade med blågrönt isoleringsmaterial. På den övre spolen sitter en gul rand i mitten, på den undre spolen en ljusblå etikett med texten ”Trafo SU 60 b” och ”Material-Nr. 31-024”. På båda kortsidorna finns ljusa plastbärare med rader av metalliska lödtungor; på dem är fina, lackerade koppartrådar anslutna, delvis med synliga lödpunkter och lätta anlöpningsspår. Till vänster leder två röda flexibla ledningar till en anslutningssida; bredvid syns ett litet blått cylindriskt element. Nedtill syns monteringsvinklar med skruvar. Bakgrunden är enhetligt vit, fotot visar komponenten något uppifrån. — Figur UPPGRADERINGS-5.7.1: Trafo med synligt åtskilda lindningar

Magnetiskt kopplade spolar
Varierande ström i en spole
Alstrar spänning i den andra spolen
$\rightarrow$ ömsesidig induktion

Förhållandet mellan varven på primär- och sekundärsidan är som förhållandet mellan spänningarna primär- till sekundärsidan, men som förhållandet mellan strömmarna sekundär- till primärsidan:

$$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P}$$

Förhållandet mellan primär- och sekundärimpedans är som ovanstående förhållanden i kvadrat:

$$ü^2 = \frac{Z_P}{Z_S} = \left(\frac{N_P}{N_S}\right)^2 = \left(\frac{U_P}{U_S}\right)^2 = \left(\frac{I_S}{I_P}\right)^2$$

Eller efter att ha dragit roten:

$$ü = \frac{N_P}{N_S} = \frac{U_P}{U_S} = \frac{I_S}{I_P} = \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}}$$

Räkneexempel

givet: $U_P = \qty{230}{\volt}$
givet: $U_S = \qty{6}{\volt}$
givet: $I_S = \qty{1,15}{\ampere}$
sökt: $I_P$

$$\begin{split} \frac{U_P}{U_S} &= \frac{I_S}{I_P} \\ \Rightarrow I_P &= \frac{I_S \cdot U_S}{U_P} = \frac{\qty{1,15}{\ampere} \cdot \qty{6}{\volt}}{\qty{230}{\volt}} \\ &= \qty{30}{\milli\ampere} \end{split}$$

Impedansanpassning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Ett kopplingsschema visar en uppställning av elektriska komponenter. Till vänster går en ledning på 50 ohm, följd av en spole märkt MWS. Ytterligare en spole och en kondensator är parallellkopplade. Till höger visas en större spole vars omsättningsförhållande anges som ”ü = 1 : 7”. Ovanför den står ett avstånd markerat med ”0,05·λ”. Upptill finns en pil med beteckningen ”≈ λ/2” som sträcker sig över den stora spolen. — Figur UPPGRADERINGS-5.7.2: Anpassning av $\qty{2450}{\ohm}$ till $\qty{50}{\ohm}$ med en transformator med varvtalsförhållandet 1 till 7

Räkneexempel

givet: $Z_P = \qty{50}{\ohm}$
givet: $Z_S = \qty{2,5}{\kilo\ohm}$
sökt: $ü$

$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{\qty{50}{\ohm}}{\qty{2,5}{\kilo\ohm}}} \\ &= \sqrt{\frac{1}{50}} \approx \frac{1}{7} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $Z_S = \qty{16}{\kilo\ohm}$
givet: $ü = \frac{1}{4}$
sökt: $Z_P$

$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} \\ \Rightarrow Z_P &= ü^2 \cdot Z_S = \frac{1^2}{4^2} \cdot \qty{16}{\kilo\ohm} \\ &= \frac{\qty{16}{\kilo\ohm}}{16} = \qty{1}{\kilo\ohm} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $Z_P = \qty{450}{\ohm}$
givet: $Z_S = \qty{50}{\ohm}$
sökt: $ü$

$$\begin{split} ü &= \sqrt{\frac{Z_P}{Z_S}} = \sqrt{\frac{\qty{450}{\ohm}}{\qty{50}{\ohm}}} \\ &= \sqrt{\frac{9}{1}} = \frac{3}{1} \end{split}$$

Maximal ström

Ledningen får inte bli för varm
Annars smälter isoleringen
Eller ledaren glöder
$\rightarrow$ tillåten strömtäthet: strömstyrka i förhållande till ledartvärsnittet

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

Kortfattat: Öppet, grått plasthölje med en orange omlindad ringkärna och två svarta anslutningar på undersidan.

Detaljerad beskrivning: Det kvadratiska höljet är fotograferat uppifrån mot vit bakgrund och visar inuti en stor, mörkgrå ringkärna som är tätt lindad med orange tråd i spiral. Ringkärnan är fäst i mitten med en skruv och mutter; trådändarna leder mot mitten och är fästa vid lödpunkter där, en liten buntband håller en trådögla. Till vänster och höger inuti höljet syns metallskruvar med lödöglor, dessutom lim- eller lödspår samt lätt smuts och repor. På innerväggarna finns handskrivna markeringar i grönt och blått, bland annat ”1:7” och en liten skiss. Hörnen har skruvhål med mässingsgängor. Nere på höljet sticker två räfflade, svarta anslutningar ut. — Figur UPPGRADERINGS-5.7.4: HF-transformator (balun) som kan smälta vid för hög effekt

Exempel på tillåten strömtäthet

enligt tyska VDE

Fritt dragna kopparledare: $\frac{\qty{12}{\ampere}}{\qty{0,75}{\milli\meter\squared}}$
Smältsäkringar: upp till $\qty{3000}{\ampere\per\milli\meter\squared}$
Transformatorer: $\qty{2,5}{\ampere\per\milli\meter\squared}$ (dålig värmeavgivning från lindningarna)

Räkneexempel

givet: $d = \qty{0,5}{\milli\meter}$
givet: strömtäthet $\frac{I}{A} = \frac{\qty{2,5}{\ampere}}{\qty{1}{\milli\meter\squared}}$
sökt: $I_{\mathrm{max}}$

$$A_{Dr} = \frac{d^2 \cdot \pi}{4} = \frac{(\qty{0,5}{\milli\meter})^2 \cdot \pi}{4} \approx \qty{0,196}{\milli\meter\squared}$$

$$I_{\mathrm{max}} = \frac{I}{A} \cdot A_{Dr} = \frac{\qty{2,5}{\ampere}}{\qty{1}{\milli\meter\squared}} \cdot \qty{0,196}{\milli\meter\squared} = \qty{0,49}{\ampere}$$

Dioden

Användning

En diod släpper bara igenom ström i en riktning
I den andra riktningen verkar den som ett högt motstånd
Dioder används bl.a. för likriktning av växelspänning

[picture:689:e_led:Olika LED:ar i olika utföranden och färger]

Tröskelspänning

För att en diod ska leda i framriktningen måste en viss spänning – tröskelspänningen eller framspänningen – överskridas
Beroende på grundämnet är tröskelspänningen olika hög

Germanium: $\qtyrange{0,2}{0,4}{\volt}$
Kisel: $\qtyrange{0,6}{0,8}{\volt}$
LED (röd): $\qtyrange{1,6}{2,2}{\volt}$
LED (gul, grön): $\qtyrange{1,9}{2,5}{\volt}$
LED (blå, vit): $\qtyrange{2,7}{3,5}{\volt}$

Schottkydiod

Tillåter hög switchfrekvens
Behöver bara en mycket låg tröskelspänning från $\qty{0,4}{\volt}$ till under $\qty{0,1}{\volt}$

Ledande diod

En diod leder alltid när spänningen på anoden är tröskelspänningen mer positiv än på katoden
Gäller även för negativa spänningar
I exemplen används kiseldioder med $\qty{0,7}{\volt}$ tröskelspänning

1) Kort beskrivning: Vågrät linje med kopplingssymbolen för en diod (triangel som pekar åt vänster med en lodrät linje vid triangelspetsen). Till vänster om den vågräta linjen står ”0,6 V”, till höger om den ”1,3 V”.

2) Utförlig beskrivning: En vågrät linje avbryts i mitten av kopplingssymbolen för en diod med en triangel som pekar åt vänster och en lodrät linje vid triangelspetsen. Till vänster om den vågräta linjen står värdet ”0,6 V”, till höger om den ”1,3 V”. — Figur UPPGRADERINGS-5.8.1: Spänningar över en ledande kiseldiod

LED-användning

En LED fungerar som lysindikering

1) Kort beskrivning: Kopplingsschema med rektangulär ledningsdragning; i den övre horisontella ledaren till vänster en anslutningspunkt, till höger därom symbol för ett motstånd, därefter en vertikal ledare med symbol för en lysdiod; därunder en nedre horisontell ledare med anslutningspunkt till vänster.

2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschemat visar en rektangulär krets av raka ledare. I den övre horisontella ledaren är en anslutningspunkt ritad till vänster. Till höger om den finns en symbol bestående av en rektangel (motstånd). Därefter följer en vertikal ledare, i vars mitt en symbol är ritad med en triangel som står på spetsen, ett horisontellt streck under den och två pilar som pekar snett nedåt höger. Sedan följer en nedre horisontell ledare med en anslutningspunkt i vänstra änden. — Figur UPPGRADERINGS-5.8.2: LED med seriemotstånd

Seriemotstånd

Eftersom LED:en själv knappt har något motstånd skulle den vid direkt anslutning till en spänningskälla verka som en kortslutning
Med ett seriemotstånd begränsas framströmmen

Beräkning: $R = \dfrac{U_q – U_{\mathrm{LED}}}{I_D}$
$U_q$: spänningskälla
$U_{\mathrm{LED}}$: LED:ens tröskelspänning
$I_D$: framström

Zenerdiod

Normalt ligger en diods maximala backspänning vid ca. $\qty{1000}{\volt}$
Hos zenerdioder sker ett spänningsgenombrott beroende på typ mellan $\qty{3}{\volt}$ och $\qty{100}{\volt}$
Används för spänningsstabilisering

1) Kort beskrivning: Horisontell linje med en kretssymbol av en åt höger pekande triangel i mitten och en kort vertikal linje vid triangelns spets. Linjen har ett kort, åt vänster pekande streck i övre änden.

2) Utförlig beskrivning: I mitten av en horisontell linje finns en åt höger pekande, likbent triangel; linjen går genom triangeln. Vid triangelns spets finns en kort vertikal linje som har ett kort, åt vänster pekande streck i övre änden. Det finns inga märkningar, mått, axlar eller andra komponenter. — Figur UPPGRADERINGS-5.8.3: Kretssymbol för zenerdiod

Polaritet

Zenerdioder drivs med seriemotstånd i backriktningen

1) Kort beskrivning: Kopplingsschema med rektangulär ledningsdragning med ett motstånd i den övre ledaren och en zenerdiod i en vertikal avgrening mellan övre och nedre ledaren samt två anslutningsplintar vardera till vänster och höger.

2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschemat innehåller två raka, parallella ledare. I den övre ledaren finns ett motstånd. Till höger om det finns en vertikal avgrening till den nedre ledaren med en zenerdiod i mitten. I ändarna av de båda ledarna finns anslutningsplintar. Det finns inga märkningar, mått, axlar eller andra komponenter. — Figur UPPGRADERINGS-5.8.4: Zenerdiod korrekt använd i backriktningen

Seriemotstånd

1) Kort beskrivning: Kopplingsschema med två parallella horisontella ledare; den övre med en kretssymbol för ett motstånd ”R_V”. Till höger om motståndet grenar en vertikal ledare med en kretssymbol för en zenerdiod (Z-diod) av. I denna ledare ovanför Z-dioden märkningen ”I_Z” med pil nedåt. Denna ledare leder till den nedre horisontella ledaren. Övre horisontella ledare med anslutningspunkter till vänster ”+13,8 V” och till höger ”+5 V”. Nedre horisontella ledare med anslutningspunkter till vänster ”0 V” och till höger utan märkning. I bildens vänstra del en vertikal pil märkt ”U_1”, i den högra delen en vertikal pil märkt ”U_Z”.
2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschemat består av två parallella horisontella ledare. Den övre ledaren innehåller en kretssymbol bestående av en rektangel (motstånd), märkt ”R_V”. Till höger om motståndet grenar en ledare av med en kretssymbol bestående av en uppåtriktad triangel och ovanför den ett horisontellt streck med ett litet streck nedåt i högra änden (zenerdiod eller Z-diod). I denna vertikala ledare finns ovanför Z-dioden märkningen ”I_Z” med pil nedåt. Den vertikala ledaren leder till den nedre horisontella ledaren. Den övre horisontella ledaren har två anslutningspunkter, märkta ”+13,8 V” till vänster och ”+5 V” till höger. Den nedre horisontella ledaren har likaså två anslutningspunkter, märkta ”0 V” till vänster och omärkt till höger. I bildens vänstra del syns en vertikal pil märkt ”U_1”, i den högra delen en vertikal pil märkt ”U_Z”. — Figur UPPGRADERINGS-5.8.5: Zenerdiod för spänningsstabilisering

$U_Z$ är spänningen som zenerdioden stabiliserar till
$$U_V = U_1 - U_Z = \qty{13,8}{\volt} - \qty{5}{\volt} = \qty{8,8}{\volt}$$
$$R_V = \frac{U_V}{I} = \frac{\qty{8,8}{\volt}}{\qty{30}{\milli\ampere}} \approx \qty{293}{\ohm}$$

Halvledare: dopning och pn-övergång

Halvledare

Består av en gitterstruktur
4 delade elektroner i yttre skalet
Är egentligen isolatorer
Kan bli ledare genom temperaturhöjning, ljus eller dopning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Kort sammanfattning: Schematisk grafik med ett regelbundet 3×3-rutnät av cirklar, var och en med etiketten ”Si” och fyra blå punkter runt om.

2) Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund löper tre lodräta och tre vågräta, mörkgrå, streckade linjer och bildar ett jämnt 3×3-nät. I var och en av de nio korsningspunkterna finns en liten cirkel med ljusgrå kant och vit fyllning; inuti står med svart text ”Si”. På varje cirkels omkrets är fyra små blå punkter ordnade i riktningarna uppåt, höger, nedåt och vänster. De streckade linjerna går genom cirklarna. Inga andra etiketter, axlar, förklaringar eller måttenheter finns. — Figur UPPGRADERINGS-5.9.1: Halvledarkristall av kisel

Dopning

”Förorening” av halvledare
Ämnen med 5 elektroner i yttre skalet $\rightarrow$ elektronöverskott $\rightarrow$ n-dopning
Ämnen med 3 elektroner i yttre skalet $\rightarrow$ elektronbrist (”hål”) $\rightarrow$ p-dopning

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Schematisk rutnätsgrafik med nio nodpunkter; vid åtta noder står ”Si” och vid den mittersta noden ”P”, alla i grå cirklar med små blå punkter runt om.

Detaljerad beskrivning: Ett kvadratiskt 3×3-nät av lodräta och vågräta, grå streckade linjer. I var och en av de nio korsningspunkterna finns en ljusgrå cirkel med svart etikett. I åtta cirklar står ”Si” (uppe till vänster, uppe på mitten, uppe till höger; mitten till vänster, mitten till höger; nere till vänster, nere på mitten, nere till höger). I den mittersta cirkeln står ”P”. Runt varje ”Si”-cirkel är fyra små blå punkter jämnt fördelade på cirkeln (uppe, höger, nere, vänster). Runt ”P”-cirkeln syns sammanlagt fem blå punkter: fyra av dem som vid ”Si”-cirklarna på de fyra huvudlägena på cirkeln, plus en ytterligare liten blå punkt strax utanför cirkeln till höger. Bakgrundsytan är vit. — Figur UPPGRADERINGS-5.9.2: n-dopning med fosfor

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Schematiskt 3×3-nät av prickade grå linjer med cirklar i skärningspunkterna, som oftast visar ”Si”; i mitten står ”B” med en liten orange ring till höger om den.

Detaljerad beskrivning: Bilden visar ett kvadratiskt 3×3-nät av vågräta och lodräta, mörkgrå, prickade linjer på vit bakgrund. I var och en av de nio skärningspunkterna ligger en liten, ljusgrå ring. I åtta ringar står mitt i texten ”Si”; i den mittersta ringen står ”B”. Runt varje ”Si”-ring är fyra små blå punkter jämnt ordnade vid klockan 12, 3, 6 och 9. Vid ”B”-ringen syns tre blå punkter vid klockan 12, 6 och 9; vid klockan 3 finns i stället en liten, orange, tunt kantad cirkel som ligger strax utanför ringen. De prickade nätlinjerna löper genom ringarna och fortsätter ut till bildkanten. — Figur UPPGRADERINGS-5.9.3: p-dopning med bor

Kombination

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Schematisk bild av ett PN-övergångsskikt med etiketterna ”P”, ”Diffusion” (diffusion) och ”N” samt en diodsymbol därunder.

Detaljerad beskrivning: Ett vågrätt rektangulärt block, genomkorsat av två anslutningsledningar, är delat i tre zoner: till vänster ett rött fält med etiketten ”P” (upptill) och sex röda, tomma cirklar; till höger ett blått fält med etiketten ”N” (upptill) och sex blå, fyllda punkter; på mitten ett grått spärrskikt med en mörk, smal dubbellinje. Över mitten står ”Diffusion”. Inuti blocket pekar en röd vågrät pil åt höger och en blå vågrät pil åt vänster. I spärrskiktet syns ett blått ”−” på vänstra sidan och ett rött ”+” på högra sidan; därunder står ett gult ”E” bredvid en gul pil åt vänster. Under blocket visas diodsymbolen: en triangel som pekar åt höger framför en lodrät linje. — Figur UPPGRADERINGS-5.9.4: PN-övergång

n-dopad halvledare mot p-dopad halvledare
Elektroner från det n-dopade området vandrar in i det p-dopade området $\rightarrow$ diffusion

En utarmningszon eller spärrskikt uppstår
Över spärrskiktet ligger ett elektriskt fält
Utbytet stoppar så fort det elektriska fältet blir för starkt för elektronerna

pn-diod i framriktningen

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Schematisk krets med en tvådelad, färgad rektangel upptill märkt ”P” och ”N”, en spänningskälla nedtill och två pilar med texterna ”tech.” och ”phys.” för riktningar.

Detaljerad beskrivning: En rektangulär, sluten strömkrets är ritad med en tunn svart linje. I den övre vågräta grenen sitter på mitten en bred rektangel som komponent, till vänster rödaktigt färgad och märkt ”P”, till höger ljusblå och märkt ”N”; sidoledningarna går till rektangelns vänstra respektive högra sida. I den nedre vågräta grenen är på mitten en batterisymbol (två parallella, lodräta linjer) inritad. Ovanför symbolen står ”U” med en pil åt höger. Nere till vänster vid ledaren står med röd text ”tech.” med en pil åt vänster, nere till höger vid ledaren står med blå text ”phys.” med en pil åt höger. Bakgrunden är vit, ledningar och konturer svarta. — Figur UPPGRADERINGS-5.9.5: PN-övergång med yttre spänning

En spänning läggs på p-området (anoden)
Spänningen måste vara mer positiv än på n-området (katoden)

Spänningen drar elektroner över spärrskiktet
Spärrskiktet bryts ned och en ström flyter i framriktningen

pn-diod i backdrift

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Schematisk teckning av en rektangulär strömkrets med ett block insatt upptill, märkt ”P” och ”N”, och en spänningskälla nedtill med beteckningen ”U” och en pil åt vänster.

Detaljerad beskrivning: En rektangulär ledningsram bildar en sluten strömkrets. Upptill på mitten sitter ett vågrätt, rektangulärt block som är märkt ”P” till vänster och ”N” till höger; på mitten löper en lodrät skiljelinje. Vid blockets vänstra kant finns en smal, rödaktig rand, vid den högra kanten en smal, ljusblå rand; områdena mellan de färgade randarna och mittlinjen är grå. Blocket är till vänster och höger förbundet med ramens ledningar. Nedtill på mitten ligger en batterisymbol (två parallella lodräta plattor, till vänster en kortare fylld, till höger en längre linje) i den nedre ledningen. Ovanför batteriet står ”U” med en pil åt vänster. Inga siffervärden eller axlar anges. — Figur UPPGRADERINGS-5.9.5: PN-övergång med yttre spänning

Positiv spänning på katoden

Spärrskiktet blir större
Strömflödet stoppar och dioden spärrar

Dioden: temperatur, varaktor, fotodiod

Framriktning

Elektronflöde från N till P
Den tekniska strömriktningen är motsatt elektronflödets riktning

Temperatur

Vid högre temperatur finns fler fria elektroner
Mättnadsströmmen ökar med stigande temperatur
Men rörligheten förändras
Därigenom sjunker framspänningen (med ca. $\qty{-2}{\milli\volt\per\kelvin}$)

Kapacitansdiod (varaktor)

Kapacitansdioden utnyttjar kapacitansen över rymdladdningszonen
Ingen likström får flyta
Drivs i backriktningen

Ju mer negativ diodspänningen är, desto mer vidgas rymdladdningszonen och desto lägre blir diodkapacitansen.

Spänningsbegränsning

Antiparallella dioder
Begränsning av amplituden hos en växelspänning
Kisel: ca. $\qty{0,6}{\volt}$ tröskelspänning
Germanium: ca. $\qty{0,3}{\volt}$ tröskelspänning
$\rightarrow$ klippning (clipping)

Fotodiod

Ljus absorberas i rymdladdningszonen
Elektron-hål-par uppstår
Elektroner rör sig mot p-området, hål mot n-området
Ansluts en förbrukare (med negativ spänning på p-anslutningen) verkar fotodioden som strömkälla
Strömmen är proportionell mot ljusintensiteten

Optokopplare

Sammanslagning av lysdiod och fotodiod i ett hölje
Ingångssida: lysdiod
Utgångssida: fotodiod
Båda är galvaniskt åtskilda från varandra

Bipolärtransistorn

Från dioden till transistorn

Funktionen kan tänkas så här:

Med en styrkanal regleras genomflödet i en damm
Flyter inget vatten i styrkanalen är dammen stängd

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1. Kort sammanfattning: Isometrisk teckning av en avlång, halvrunt öppen kanal med en vridbar, halvcirkelformad platta på en tvärgående axel och ett rektangulärt, blåfyllt lock på högra sidan.
2. Detaljerad beskrivning: Bilden visar en lång, trågformad kropp med halvcirkelformat tvärsnitt och utåt rullade övre kanter; den vänstra halvan är visad i vitt, den högra halvan är upptill helt täckt av en rektangulär yta och blåfärgad. Ungefär vid övergången mellan bildens vänstra och högra hälft löper en horisontell axel tvärs över tråget, som är lagrad i två små blockliknande lager på en bygel/steg; överst på axeln sitter en liten cylindrisk kropp. Vid axeln är en tunn stång fäst som leder åt höger nedåt och håller en halvcirkelformad platta, vars böjda kant följer trågets innerkontur; plattans raka kant står ungefär lodrätt. Till vänster om axeln syns två smala, parallella skenor eller lister som leder över tråget. Den blå rektangulära ytan ligger ramlikt på trågets övre kanter och täcker den högra delen helt. Det finns inga märkningar, skalor eller textangivelser; konturerna är svarta, ytan till höger är blå, resten är vit. — Figur UPPGRADERINGS-5.11.1: Styrkanalen stänger dammen helt

Från dioden till transistorn

Funktionen kan tänkas så här:

Flyter lite vatten i styrkanalen öppnas dammen till hälften

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Isometrisk teckning av en öppen, halvrund kanal med vatten visat i blått och en tvärmonterad mekanism med ett skedformat element i vattnet; uppe till vänster ett litet sidoinlopp.
2) Detaljerad beskrivning: En U‑formad, åt höger löpande öppen kanal är till mer än hälften fylld med blått; vid den vänstra snittänden är vattenfyllningen mörkare skuggad. Kanalkanterna är ritade som utåt kragade kanter. Uppe till vänster mynnar en smal, rektangulär bikanal med likaså blått vatten mot huvudkanalen. På den vänstra kanalväggen är en hållare med band-/klammerfäste monterad; på den sitter en liten cylinder samt ett ledblock, ur vilket en rak hävarm sticker ut över vattenytan. I hävarmens ände hänger ett sked- respektive skovelformat element som doppar ned i vattnet. Under detta element syns två halvcirkelformade, uppåtvälvda inbyggnader i kanalbottnen. Inga axlar, mått eller textmärkningar finns. — Figur UPPGRADERINGS-5.11.2: Styrkanalen öppnar dammen till hälften

Från dioden till transistorn

Funktionen kan tänkas så här:

Flyter mer vatten i styrkanalen är dammen helt öppen

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Kort: Isometrisk teckning av en lång, halvrund ränna med blåmarkerad inneryta och en därovanför i en led fäst, skedformad klaff.
Detalj: Rännan löper diagonalt från nere till vänster till uppe till höger; vid vänstra änden syns det halvrunda tvärsnittet, invändigt mörkblått skuggat, resten av innerytan är ljusblå. Rännans övre kanter är rullade utåt. Längs rännans vänstra övre kant finns en tvärliggande bärlist med en liten, rektangulär hållare och ett cylindriskt lager. Där är en tunn arm fäst som bär en vit, droppformad till skedformad klaff; den hänger över rännans blå inneryta och är nära övre kanten förbunden med en liten ledpunkt. På högra sidan fortsätter rännan i perspektiv; inga skalor, texter eller märkningar syns. — Figur UPPGRADERINGS-5.11.3: Styrkanalen öppnar dammen helt

Bipolär transistor och kretssymbol

Minnesregel för PNP $\rightarrow$ pilen pekar mot basen (”Pil Närmare Plattan”)

1) Kort beskrivning: Symbol med en cirkel, en anslutning till vänster och två anslutningar till höger.

2) Utförlig beskrivning: Symbolen består av en cirkel med en vertikal linje till vänster i cirkeln. Från vänster leder en anslutning horisontellt in i cirkeln och möter denna vertikala linje. Från linjen går två linjer åt höger. Den övre löper snett åt höger uppåt och slutar vid en kort vertikal anslutning. Den nedre löper snett åt höger nedåt. Den har i slutet en ifylld triangulär pil, vars spets pekar mot en kort vertikal anslutning. Det finns inga text- eller axelmärkningar. — Figur UPPGRADERINGS-5.11.4: Kretssymbol NPN-transistor

Brytare eller förstärkare?

Styrningen kan ställas in så att transistorn spärrar eller leder helt, då talar man om en switchtransistor.
Styrningen kan ställas in så att transistorn styrs steglöst, då talar man om en förstärkare.

Styrspänning och dess polaritet

Olika typer av bipolära transistorer har olika polaritet.

En NPN-transistor behöver en positiv styrspänning för att leda.
En PNP-transistor behöver en negativ styrspänning för att leda.

Styrspänningen ligger, liksom för en kiseldiod, vid cirka $\qty{0,6}{\volt}$.

Eftersom inte bara kollektorströmmen utan också basströmmen flyter genom transistorn, flyter den största strömmen genom emitteranslutningen.

När leder NPN-transistorn?

Är bas-emitter-spänningen tillräcklig och positiv? Här måste man se upp med tecknen och tänka om vid negativa tecken, exempel:

Bas $\qty{+2}{\volt}$ och emitter $\qty{+1,4}{\volt} \rightarrow$ bas-emitter-spänningen är positiv och uppgår till $\qty{+0,6}{\volt}$
Bas $\qty{-5,6}{\volt}$ och emitter $\qty{-6,2}{\volt} \rightarrow$ bas-emitter-spänningen är positiv och uppgår till $\qty{+0,6}{\volt}$

Antingen ser man det intuitivt eller räknar ut det (med hänsyn till tecknen).

$$U_{ BE } = U_{ B } - U_{ E }$$

När leder PNP-transistorn?

Är bas-emitter-spänningen tillräcklig och negativ? Här måste man se upp med tecknen och tänka om vid negativa tecken, exempel:

Bas $\qty{+5,6}{\volt}$ och emitter $\qty{+6,2}{\volt} \rightarrow$ bas-emitter-spänningen är negativ och uppgår till $\qty{-0,6}{\volt}$
Bas $\qty{-2}{\volt}$ och emitter $\qty{-1,4}{\volt} \rightarrow$ bas-emitter-spänningen är negativ och uppgår till $\qty{-0,6}{\volt}$

Antingen ser man det intuitivt eller räknar ut det (med hänsyn till tecknen).

$$U_{ BE } = U_{ B } - U_{ E }$$

Typer av transistorer

De hittills behandlade transistorerna kallas bipolära transistorer. De är den typ av transistorer som på 50-talet inledde en teknisk revolution och ersatte elektronröret. Till skillnad från de strömstyrda bipolärtransistorerna är fälteffekttransistorer (FET) spänningsstyrda, det flyter alltså ingen styrström in i dem. Dem tar vi upp mer ingående längre fram.

Transistorkopplingar och fälteffekttransistorn

Bipolär transistor

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Sammanfattning: Två bredvid varandra stående transistorsymboler i cirkel, till vänster märkt ”NPN”, till höger ”PNP”, båda med anslutningsbokstäverna ”B”, ”C” och ”E”.

Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund visas två identiska cirkelsymboler med transistorframställningar, till vänster symbolen med texten ”NPN” under, till höger symbolen med ”PNP”. På båda symbolerna finns till vänster på cirkeln en vågrät anslutning med bokstaven ”B”, upptill en kort lodrät anslutning med ”C” och nedtill en kort lodrät anslutning med ”E” (bokstäverna ”B”, ”C” och ”E” är ljusgrå). Inuti båda cirklarna löper en kort lodrät linje från vänstra kanten (basen) inåt; från denna linje grenar upptill en sned ledning till den övre anslutningen (kollektorn) och nedtill en sned ledning till den undre anslutningen (emittern). På den vänstra symbolen (”NPN”) finns på den undre snedgrenen en pil som pekar från den inre noden mot den undre anslutningen ”E” (utåt). På den högra symbolen (”PNP”) pekar pilen på den undre snedgrenen i motsatt riktning, alltså från den undre anslutningen ”E” till den inre noden (inåt). Mellan de två symbolerna är det ett tydligt vågrätt avstånd. — Figur UPPGRADERINGS-5.12.1: Kretssymbol för npn- och pnp-bipolärtransistor med kollektor (C), bas (B) och emitter (E)

Tre halvledarzoner
Omväxlande n- och p-dopade
npn-transistor och pnp-transistor

Strömstyrning och faktor

Bas-emitter-spänningen $U_{\textrm{BE}}$ styr kollektorströmmen $I_{\textrm{C}}$ exponentiellt
Hos bipolärtransistorn flyter alltid en basström $I_{\textrm{B}}$ som beror exponentiellt av $U_{\textrm{BE}}$
Faktorn $B$ är transistorns strömförstärkningsfaktor
Ligger vid ca. 20 till 500

$$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}}$$

Ledande bipolärtransistor

En betydande kollektorström flyter
Bas-emitter-dioden i framriktningen
Kollektor-bas-dioden spärrar, så att inga laddningsbärare går från kollektorn in i basen

Räkneexempel

Storleken på $R_1$ ställer in basströmmen $I_B$
$I_B$ är 298 gånger mindre än $I_C$
Från spänningen över $R_1$ måste transistorns spänningsfall dras av

givet: $U = \qty{12}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{C}} = \qty{5}{\milli\ampere}$
givet: $B = 298$
givet: $U_{\textrm{BE}} = \qty{0,6}{\volt}$
sökt: $R_1$

$$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{\qty{5}{\milli\ampere}}{298} = \qty{16,779}{\micro\ampere}$$

$$R_1 = \frac{U-U_{\textrm{BE}}}{I_{\textrm{B}}} = \frac{\qty{12}{\volt} - \qty{0,6}{\volt}}{\qty{16,779}{\micro\ampere}} \approx \qty{680}{\kilo\ohm}$$

Stabilisering av arbetspunkten

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Kopplingsschema med en transistor i mitten, markerad med en pil för strömmen IC. Till vänster om den finns två vertikala motstånd, R1 och R2, samt en horisontell kondensator C1. Uppe till höger om transistorn finns ytterligare ett motstånd RC och till höger om det en kondensator C2. En spänningskälla är ritad uppe till vänster och visar positiva och negativa anslutningar. En pil anger 0,6 V vid en punkt mellan R2 och transistorn. — Figur UPPGRADERINGS-5.12.2: Transistorkoppling med basspänningsdelare

Arbetspunkten ställs in via spänningsdelaren
Tvärströmmen genom $R_2$ ska vara så hög att basströmmen inte har stor inverkan på arbetspunkten

Räkneexempel

givet: $U = \qty{10}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{C}} = \qty{2}{\milli\ampere}$
givet: $B = 200$

givet: $U_{\textrm{R2}} = \qty{0,6}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$
sökt: $R_1$

$$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{\qty{2}{\milli\ampere}}{200} = \qty{10}{\micro\ampere}$$

$$U_{\textrm{R1}} = U - U_{\textrm{R2}} = \qty{10}{\volt} - \qty{0,6}{\volt} = \qty{9,4}{\volt}$$

$$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = \qty{110}{\micro\ampere}$$

$$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{\qty{9,4}{\volt}}{\qty{110}{\micro\ampere}} \approx \qty{85,5}{\kilo\ohm}$$

Räkneexempel

$U_{\textrm{R2}}$ är lika stor som $U_{\textrm{BE}} + U_{\textrm{RE}}$
Kollektorströmmen bestäms framför allt av $R_{\textrm{E}}$
Mycket stabil koppling

givet: $U = \qty{10}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{C}} = \qty{2}{\milli\ampere}$
givet: $B = 200$

givet: $U_{\textrm{BE}} = \qty{0,6}{\volt}$
givet: $U_{\textrm{RE}} = \qty{1}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{R2}} = 10 \cdot I_{\textrm{B}}$

sökt: $R_1$

$$B = \frac{I_{\textrm{C}}}{I_{\textrm{B}}} \Rightarrow I_{\textrm{B}} = \frac{I_{\textrm{C}}}{B} = \frac{\qty{2}{\milli\ampere}}{200} = \qty{10}{\micro\ampere}$$

$$U_{\textrm{R2}} = U_{\textrm{BE}} + U_{R_{\textrm{E}}} = \qty{0,6}{\volt} + \qty{1}{\volt} = \qty{1,6}{\volt}$$

$$U_{\textrm{R1}} = U - U_{\textrm{R2}} = \qty{10}{\volt} - \qty{1,6}{\volt} = \qty{8,4}{\volt}$$

$$I_{\textrm{R1}} = I_{\textrm{B}} + I_{\textrm{R2}} = I_{\textrm{B}} + 10 \cdot I_{\textrm{B}} = \qty{110}{\micro\ampere}$$

$$R_1 = \frac{U_{\textrm{R1}}}{I_{\textrm{R1}}} = \frac{\qty{8,4}{\volt}}{\qty{110}{\micro\ampere}} \approx \qty{76,4}{\kilo\ohm}$$

Felsökning: avbrott i $R_1$

Ingen ström genom $R_1 \rightarrow$ ingen spänning över $R_2$
Basen ligger på jordpotential $\rightarrow$ transistorn är strömlös
Inget spänningsfall över $R_{\textrm{C}} \rightarrow$ kollektorpotentialen stiger till matningsspänningen

Felsökning: avbrott i $R_2$

$R_2$ är strömlös $\rightarrow$ basen är via $R_1$ ansluten till matningsspänningen
På grund av dimensioneringen är basströmmen nu 11 gånger högre än planerat
Kollektorströmmen ökar kraftigt $\rightarrow$ spänningsfallet över $R_{\textrm{C}}$ ökar kraftigt
$U_{\textrm{CE}}$ sjunker till mättnadsvärdet cirka $\qty{0,1}{\volt}$

Fälteffekttransistor (FET)

1) Kort beskrivning: Två kretssymboler (”1” och ”2”), vardera med en cirkel, en anslutning till vänster och två anslutningar till höger; den vänstra anslutningen har i den vänstra symbolen en pil åt höger, i den högra symbolen en pil åt vänster.

2) Utförlig beskrivning: Två kretssymboler (”1” och ”2”) består av en cirkel med en vertikal linje till vänster i cirkeln. Från vänster leder en anslutning horisontellt in i cirkeln och möter i den nedre delen denna vertikala linje. I den vänstra symbolen har anslutningen en pil mot linjen, i den högra symbolen pekar pilen bort från linjen. Från den vertikala linjen går inne i cirkeln två parallella horisontella linjer åt höger. Den övre slutar i en kort vertikal anslutning uppåt, den nedre i en kort vertikal anslutning nedåt. — Figur UPPGRADERINGS-5.12.3: Kretssymboler för fälteffekttransistorer

Annan uppbyggnad
Det finns en halvledarkanal
Strömflödet styrs via ett elektriskt fält
Därigenom spänningsstyrd

FET:ens anslutningar

Source källa för laddningsbärarna i kanalen
Drain avlopp för laddningsbärarna i kanalen
Gate styr flödet av laddningsbärare i kanalen

Typer av FET

självledande: Utan gate-source-spänning är FET:en ledande
självspärrande: Utan gate-source-spänning är FET:en spärrande
n-kanal-FET: Strömmen i kanalen bärs av elektroner
p-kanal-FET: Strömmen i kanalen bärs av hål
Övergångs-FET: Gaten är en diod
Isolerad-gate-FET: Gaten är en kondensatorstruktur (t. ex. MOSFET)

Kretssymboler FET

1) Kort beskrivning: Kretssymbol med en cirkel, en anslutning till vänster och två anslutningar till höger samt en pil åt höger.

2) Utförlig beskrivning: Kretssymbolen består av en cirkel med en vertikal linje till vänster i cirkeln. Från vänster leder en anslutning utifrån horisontellt in i cirkeln och möter i den nedre delen denna vertikala linje. Parallellt med denna linje finns ytterligare en vertikal linje, från vilken tre parallella horisontella linjer leder åt höger. Den övre slutar i en kort vertikal anslutning uppåt, den mellersta har en pil åt höger bort från den vertikala linjen och är inne i cirkeln förbunden med den nedre horisontella linjen. Den nedre horisontella linjen har en kort vertikal anslutning nedåt. — Figur UPPGRADERINGS-5.12.4: Självledande p-kanal-MOSFET

1) Kort beskrivning: Kretssymbol med en cirkel, en anslutning till vänster och två anslutningar till höger samt en pil mot mitten.

2) Utförlig beskrivning: Kretssymbolen består av en cirkel med en vertikal linje till vänster i cirkeln. Från vänster leder en anslutning utifrån horisontellt in i cirkeln och möter i den nedre delen denna vertikala linje. Parallellt med denna linje finns tre små vertikala streck, från vart och ett av vilka en parallell horisontell linje leder åt höger. Den övre slutar i en kort vertikal anslutning uppåt, den mellersta har en pil åt vänster mot den vertikala linjen och är inne i cirkeln förbunden med den nedre horisontella linjen. Den nedre horisontella linjen har en kort vertikal anslutning nedåt. — Figur UPPGRADERINGS-5.12.5: Självspärrande n-kanal-MOSFET

självledande/självspärrande: heldragen/streckad linje i kanalen
p-/n-kanal: pilen pekar från/mot kanalen
Isolerad gate (MOSFET): gate och kanal som kondensator

Räkneexempel

givet: $U_{\textrm{B}} = \qty{44}{\volt}$
givet: $R_1 = \qty{10}{\kilo\ohm}$
givet: $R_2 = \qty{1}{\kilo\ohm}$
sökt: $U_{\textrm{GS}}$
Ansats: Obelastad spänningsdelare över $R_1$ och $R_2$, med $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}}$

$$\begin{split} \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2}\\ \Rightarrow U_{\textrm{R2}} &= \frac{R_2}{R_1+R_2} \cdot U_{\textrm{B}}\\ &= \frac{\qty{1}{\kilo\ohm}}{\qty{10}{\kilo\ohm}+\qty{1}{\kilo\ohm}} \cdot \qty{44}{\volt}\\ &= \frac{1}{11} \cdot \qty{44}{\volt} = \qty{4}{\volt} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $U_{\textrm{B}} = \qty{44}{\volt}$
givet: $R_1 = \qty{10}{\kilo\ohm}$
givet: $U_{\textrm{GS}} = U_{\textrm{R2}} = \qty{2,8}{\volt}$
givet: $U_{\textrm{B}} = U_{\textrm{R1}} + U_{\textrm{R2}}$
sökt: $R_2$

$$\begin{split} \frac{U_{\textrm{R1}}}{U_{\textrm{R2}}} &= \frac{R_1}{R_2}\\ \Rightarrow R_2 &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{R1}}}\\ &= R_1 \cdot \frac{U_{\textrm{R2}}}{U_{\textrm{B}}-U_{\textrm{GS}}}\\ &= \qty{10}{\kilo\ohm} \cdot \frac{\qty{2,8}{\volt}}{\qty{44}{\volt}-\qty{2,8}{\volt}}\\ &\approx \qty{680}{\ohm} \end{split}$$

Räkneexempel

givet: $R_{\textrm{DSon}} = \qty{4}{\milli\ohm}$
givet: $I = \qty{25}{\ampere}$
sökt: $P$

$$P = I^2 \cdot R = (\qty{25}{\ampere})^2 \cdot \qty{4}{\milli\ohm} = \qty{2,5}{\watt}$$

Frihjulsdiod

Relä drivs via en seriekopplad bipolärtransistor
Transistorn slår på $\rightarrow$ ström flyter genom relespolen
Transistorn slår av $\rightarrow$ strömmen i spolen inducerar negativ spänning över transistorn
Kan förstöra transistorn
Förhindra: montera en frihjulsdiod parallellt med reläet i backriktningen
Induktionsspänningen begränsas till diodspänningen

Integrerade kretsar och MMIC

Integrated Circuit (IC): integrerade kretsar
Komplex krets på ett halvledarsubstrat
Underlättar uppbyggnaden av elektroniska kretsar

Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC)

Bredbandsförstärkare med få komponenter
Typiskt $\qty{50}{\ohm}$ in- och utgångsimpedans
Förenar aktiva och passiva komponenter

MMIC-koppling

1) Kort beskrivning: Kopplingsschema med rektangulär ledningsdragning med en MMIC, flera kondensatorer, en spole och ett motstånd.
2) Utförlig beskrivning: Kopplingsschemat innehåller en rektangulär krets med två horisontella ledare (i mitten och upptill). Den mittersta har anslutningspunkter till vänster (”RF_IN”) och höger (”RF_OUT”). Den vänstra anslutningspunkten är via en kondensator C_1 förbunden med ingång 1 på en MMIC. Utgång 2 ligger på jord. Utgång 3 leder via en kondensator C_3 till den högra anslutningspunkten. Utgång 4 är förbunden med en förgreningspunkt som dels ligger på jord, dels via en kondensator C_2 och en spole leder till en anslutningspunkt (”U_CC”). Mellan C_2:s högra ände och MMIC:ens utgång 3 ligger ett motstånd R_BIAS. I bilden är ytterligare en jordpunkt ritad. Mellan utgång 3 och denna jordpunkt finns en vertikal pil nedåt märkt ”U_D = 4 V”. — Figur UPPGRADERINGS-5.13.1: MMIC-koppling

Arbetspunkten ställs in via $R_{\textrm{BIAS}}$
Kondensatorer isolerar likspänning
Anslutning 2 och 4 ligger på jord mot $U_{\textrm{CC}}$
Anslutning 1 är öppen
$U_{\textrm{CC}}$ faller över $R_{\textrm{BIAS}}$ och MMIC

Räkneexempel

givet: $U_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt}$
givet: $U_{\textrm{CC}} = \qty{13,5}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{D}} = \qty{10}{\milli\ampere}$
sökt: $R_{\textrm{BIAS}}$

$$R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} - U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{\qty{13,5}{\volt} - \qty{4}{\volt}}{\qty{10}{\milli\ampere}} = \qty{950}{\ohm}$$

Räkneexempel

givet: $U_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt}$
givet: $U_{\textrm{CC}} = \qty{13,8}{\volt}$
givet: $I_{\textrm{D}} = \qty{15}{\milli\ampere}$
sökt: $R_{\textrm{BIAS}}$

$$R_{\textrm{BIAS}} = \frac{U_{\textrm{CC}} - U_{\textrm{D}}}{I_{\textrm{D}}} = \frac{\qty{13,8}{\volt} - \qty{4}{\volt}}{\qty{15}{\milli\ampere}} = \qty{653,3}{\ohm} \rightarrow \qty{680}{\ohm}$$

Räkneexempel

givet: $U = \qty{9}{\volt}$
givet: $R_{\textrm{BIAS}} = \qty{470}{\ohm}$
givet: $U_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt}$
sökt: $P$
Ansats: Strömmen genom $R_{\textrm{BIAS}}$ är densamma överallt, eftersom ingen annan ohmsk förbrukare finns i kopplingen

$$I_{\textrm{D}} = \frac{U_{\textrm{BIAS}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{U-U_{\textrm{D}}}{R_{\textrm{BIAS}}} = \frac{\qty{9}{\volt}-\qty{4}{\volt}}{\qty{470}{\ohm}} = \qty{10,64}{\milli\ampere}$$

$$P = U_{\textrm{D}} \cdot I_{\textrm{D}} = \qty{4}{\volt} \cdot \qty{10,64}{\milli\ampere} \approx \qty{43}{\milli\watt}$$